Kuantum Tünelleme nedir?

Kuantum tünelleme, kuantum mekaniği prensipleri kullanılarak, bazı kuantum sistemlerinin enerji seviyelerinin geçişlerini açıklamak için kullanılan bir kavramdır.

Özellikle, Kuantum mekaniğinde yer alan "potansiyel duvar" olarak adlandırılan bölgelerin ötesine geçebilme yeteneğini ifade eder.

Bu, kuantum sisteminin, bir enerji seviyesinden daha yüksek bir enerji seviyesine geçebilmesi anlamına gelir, ancak bunun gerçekleşebilmesi için klasik mekaniğe göre imkansız olan koşullar gerekir.

Kuantum tünelleme, özellikle kuantum bilgisayarları, kuantum sensörleri ve kuantum dot gibi uygulamalar için önemli bir kavramdır.

Örneğin, kuantum bilgisayarlar, kuantum tünelleme sayesinde, klasik bilgisayarlardan daha hızlı ve güçlü işlemler yapabilirler.

Ayrıca, kuantum sensörler, kuantum tünelleme sayesinde, daha hassas ve duyarlı ölçümler yapabilirler. Kuantum dotlar ise, kuantum tünelleme sayesinde, çeşitli optoelektronik uygulamalar için kullanılabilirler.

Kuantum tünelleme, klasik mekaniğe göre imkansız olarak görünen birçok olayı açıklamak için kullanılır.

Örneğin, Radyoaktif bozunmalar, fotonların geçebildiği optik bariyerler gibi olayları açıklamak için kullanılır. Ayrıca kuantum mekaniğinde yer alan "kuantum zıtlıkları" açıklamak için de kullanılır.

Örneğin, Bir parçacığın hem bir yerde hem de başka bir yerde aynı anda bulunabileceği "kuantum delocalization" olayını açıklamak için kullanılır.

Gundelik hayatta size desem ki elinizde 1 kg lik bir tas var ve bu tasi surtunmesiz bir ortamda bulunan 10 metre yuksekliktesi bir duvarin diger tarafina atin. Bunu gerceklestirebilmek icin tasa vermeniz gereken enerji en azindan duvarin hizasindaki potansiyel enerjisi kadar olmali degil mi? Liseden biliriz, mekanik enerji surtunmesiz ortamda korunur, kinetik potansiyele potansiyel de kinetige donusebilir. Iste bu baglamda sizin tasa vermeniz gereken enerji mgh den en az 1x10x10 100 Joule olmali degil mi? (g=10 aldik)

Yani sonuc olarak eger siz 90 Joule'luk bir enerji ile firlatirsaniz o tasin duvarin diger tarafina gecemeyecegi kesindir.

Iste buna benzer bir ornek de atom dunyasindan vereyim sonra bu iki ornegi kiyasladiginizda tunellemenin ne oldugunu anlayacaksiniz.

Evet. 3 tane elektron dusunun ikisi sabit bir sekilde aralarinda biraz mesafe olacak sekilde karsida bekliyorlar. Amacimiz elimizde kalan diger elektronu ikisinin arasindan gecirmek olacak. Nasil ki tasi yukarari firlattigimiz da tasin kinetik enerjisi potansiyele donusuyordu burada da aynisi soz konusu. Elimizdeki elektronu firlattigimizda da o elektronun kinetik enerjisi potansiyel enerjiye donusecek ama bu potansiyel mgh gibi bir potansiyel degil elektrik konusundaki potansiyel enerji biraz daha farkli izah ediliyor. Tam adi "Elektrik Potansiyel Enerji". Yani iki ornegimizde de kinetik enerji potansiyel enerjiye donusmus olacak.

Nasil ki tasin potansiyeli artarken hizi azaliyor ayni sekilde karsida duran elektronlar da gonderdigimiz elektronu itecegi icin o elektron da yavaslayacak. Yani kinetigi potansiyele donusmus olacak.

Simdi elektronlarin deneyine devam ediyoruz. Diyelim ki gonderdigimiz elektronun karsida duran elektronlarin arasindan gecebilmesi icin yani karsidaki elektronlarin gonderdigimiz elektronu durduramamasi icin firlattigimiz elektronun 100 Joule'luk enerjiyle firlatilmasi gerek olsun. Yani duvar ornegi gibi dusunursek 90 Joule'luk enerjiyle firlatirsak elektron karsida bekleyen iki elektronun arasindan gecemez.

Biz inatla 90 Jolule'luk enerjiyle elektronu firlatma deneyini defalarca bastan tekrarladigimizda eletronun o araliktan gecip karsiya gectigi denemeler oluyor. Yani tas orneginde 90 Joule' ile 100Joule gereken duvarin ustunden atamayiz ama bu konu cok kucuk parcacikar icin her zaman gecerli degil.

Iste elektronun enerjisi yetersiz oldugu halde karsiya gecebilmis olmasina "tunelleme" deniyor.

Dikkat edersen burada bir cok kez denedik ve bir kac kez karsiya gecebildi. Lisedeki olasilik konusu ile izah ediliyor bu durum. Iste bu parcaciklarin harektlerini olasiliklarina gore izah eden fizigin dalina Quantum Mekanigi deniyor. O yuzden de tunelleme konusu Quantum Mekaniginin bir konusu oluyor.